目錄
第1章緒論1
1.1控制理論的發(fā)展歷程和行業(yè)領(lǐng)域1
1.1.1控制理論的發(fā)展歷程1
1.1.2控制理論與行業(yè)領(lǐng)域3
1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念4
1.2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程4
1.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語(yǔ)4
1.2.3自動(dòng)控制系統(tǒng)舉例6
1.3自動(dòng)控制的基本方式9
1.3.1開環(huán)控制9
1.3.2閉環(huán)控制10
1.3.3復(fù)合控制10
1.4控制系統(tǒng)的分類11
1.4.1按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律分類11
1.4.2按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)分類12
1.4.3按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分類12
1.4.4其他分類方法13
1.5對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求13
1.6例題精解14
本章小結(jié)17
習(xí)題18
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型20
2.1數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)20
2.1.1數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)20
2.1.2數(shù)學(xué)模型的類型21
2.1.3建模途徑與原則22
2.2控制系統(tǒng)的微分方程22
2.2.1建立微分方程模型的一般步驟22
2.2.2建模舉例23
2.2.3非線性系統(tǒng)(數(shù)學(xué)模型)的線性化27
2.3控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)30
2.3.1傳遞函數(shù)的概念31
2.3.2典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)33
2.3.3傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式37
2.3.4傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)對(duì)輸出的影響38
2.4控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖39
2.4.1結(jié)構(gòu)圖的概念39
2.4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立39
2.4.3結(jié)構(gòu)圖的等效變換42
2.5信號(hào)流圖與梅森公式46
2.5.1信號(hào)流圖的概念47
2.5.2梅森公式48
2.5.3控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)49
2.6應(yīng)用MATLAB進(jìn)行模型處理51
2.6.1拉氏變換與拉氏反變換51
2.6.2傳遞函數(shù)52
2.7例題精解53
本章小結(jié)58
習(xí)題58
第3章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析與校正62
3.1典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)62
3.1.1典型信號(hào)63
3.1.2性能指標(biāo)65
3.2一階系統(tǒng)的分析和計(jì)算65
3.2.1一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型65
3.2.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和性能指標(biāo)66
3.2.3單位斜坡響應(yīng)67
3.2.4單位脈沖響應(yīng)68
3.3二階系統(tǒng)的分析和計(jì)算68
3.3.1二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型68
3.3.2單位階躍響應(yīng)69
3.3.3二階系統(tǒng)性能指標(biāo)分析72
3.3.4單位脈沖響應(yīng)75
3.4高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)75
3.4.1高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)76
3.4.2高階系統(tǒng)性能估計(jì)77
3.5穩(wěn)定性分析78
3.5.1穩(wěn)定性的概念和定義78
3.5.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的條件79
3.5.3勞斯-赫爾維茨判據(jù)81
3.6線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算83
3.6.1穩(wěn)態(tài)誤差的定義84
3.6.2給定輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差86
3.6.3擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差89
3.7線性系統(tǒng)的時(shí)域校正90
3.7.1二階系統(tǒng)的性能改善90
3.7.2控制系統(tǒng)的基本控制律——比例-積分-微分控制93
3.7.3校正方式95
3.8用MATLAB進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析97
3.8.1繪制響應(yīng)曲線97
3.8.2階躍響應(yīng)性能分析98
3.8.3應(yīng)用Simulink進(jìn)行仿真99
3.9例題精解100
本章小結(jié)106
習(xí)題107
第4章線性系統(tǒng)的根軌跡法111
4.1根軌跡的基本概念111
4.1.1根軌跡的基本概念111
4.1.2閉環(huán)零極點(diǎn)與開環(huán)零極點(diǎn)之間的關(guān)系113
4.2根軌跡方程114
4.3根軌跡繪制的基本規(guī)則115
4.3.1180°根軌跡繪制的基本規(guī)則115
4.3.2典型根軌跡圖123
4.3.3零度根軌跡的繪制規(guī)則123
4.4典型反饋系統(tǒng)的根軌跡分析125
4.4.1反饋系統(tǒng)的根軌跡分析舉例125
4.4.2增加開環(huán)零極點(diǎn)的根軌跡分析127
4.4.3非最小相位系統(tǒng)的根軌跡129
4.4.4參數(shù)根軌跡及系統(tǒng)性能分析130
4.5用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡132
4.5.1命令介紹132
4.5.2繪圖示例133
4.6例題精解133
本章小結(jié)139
習(xí)題139
第5章線性系統(tǒng)的頻域分析與校正142
5.1頻率特性的基本概念142
5.1.1頻率特性的定義142
5.1.2頻率特性的幾何表示法143
5.2典型環(huán)節(jié)的頻率特性145
5.2.1比例環(huán)節(jié)145
5.2.2積分環(huán)節(jié)146
5.2.3微分環(huán)節(jié)147
5.2.4慣性環(huán)節(jié)148
5.2.5一階微分環(huán)節(jié)149
5.2.6振蕩環(huán)節(jié)150
5.2.7二階微分環(huán)節(jié)152
5.2.8延遲環(huán)節(jié)152
5.3控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性153
5.3.1開環(huán)幅相曲線153
5.3.2開環(huán)Bode圖155
5.3.3最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)157
5.4奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)158
5.4.1輔助函數(shù)F(s)158
5.4.2幅角原理159
5.4.3奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)161
5.4.4對(duì)數(shù)頻率特性穩(wěn)定判據(jù)163
5.5控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度165
5.6控制系統(tǒng)的頻域分析167
5.6.1用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能168
5.6.2開環(huán)頻域性能指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系169
5.6.3開環(huán)頻域指標(biāo)與閉環(huán)頻域指標(biāo)的關(guān)系171
5.7控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)172
5.7.1典型校正裝置173
5.7.2頻域法串聯(lián)校正176
5.8MATLAB在頻域分析中的應(yīng)用181
5.8.1Bode圖的繪制181
5.8.2幅相曲線的繪制182
5.9例題精解183
本章小結(jié)187
習(xí)題187
第6章非線性控制系統(tǒng)191
6.1非線性系統(tǒng)概述191
6.1.1非線性系統(tǒng)的特征191
6.1.2典型非線性特性192
6.1.3非線性系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法194
6.2描述函數(shù)法194
6.2.1描述函數(shù)的基本概念195
6.2.2典型非線性特性的描述函數(shù)196
6.2.3非線性系統(tǒng)的簡(jiǎn)化201
6.3非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法分析203
6.3.1非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析204
6.3.2自振蕩分析205
6.4相平面法207
6.4.1相平面法的基本概念207
6.4.2相平面圖的繪制208
6.4.3奇點(diǎn)和奇線208
6.4.4非線性系統(tǒng)的相平面法分析209
6.5MATLAB非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析210
6.5.1MATLAB函數(shù)指令210
6.5.2應(yīng)用Simulink進(jìn)行仿真211
6.6例題精解212
本章小結(jié)214
習(xí)題214
第7章離散控制系統(tǒng)218
7.1離散系統(tǒng)概述218
7.2信號(hào)的采樣與保持220
7.2.1采樣過(guò)程220
7.2.2采樣定理222
7.2.3零階保持器224
7.3z變換226
7.3.1z變換的定義226
7.3.2z變換的求法227
7.3.3z變換的基本定理229
7.3.4z反變換230
7.4離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型232
7.4.1線性常系數(shù)差分方程232
7.4.2脈沖傳遞函數(shù)234
7.5離散系統(tǒng)的時(shí)域分析240
7.5.1s平面與z平面的映射關(guān)系241
7.5.2離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析241
7.5.3離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析245
7.5.4離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差247
7.6離散系統(tǒng)的數(shù)字校正251
7.6.1最少拍系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)251
7.6.2數(shù)字PID控制器的實(shí)現(xiàn)253
7.7MATLAB離散系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)254
7.8例題精解257
本章小結(jié)261
習(xí)題262
附錄拉普拉斯變換265
參考文獻(xiàn)270